全 文 ：书第 43卷 第 8期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol．43 No．8
2015年 8月 JOUＲNAL OF NOＲTHEAST FOＲESTＲY UNIVEＲSITY Aug． 2015
1)国家林业局“948”项目(2014－4－12) ;河南省林业科学研究
院基本科研业务费项目(2014JB01－001)。
第一作者简介:刘艳萍，女，1982 年 2 月生，河南省林业科学研
究院，工程师。E－mail:lypbox@ 126．com。
收稿日期:2014年 12月 24日。
责任编辑:戴芳天。
广玉兰木材构造及其物理力学性质1)
刘艳萍 钱世江 田丽 夏玉宝
(河南省林业科学研究院，郑州，450008) (信阳市平桥区林业局)
摘 要 结合树干解析取样，借助光学显微镜和扫描电镜，分别从宏观角度和微观角度研究了广玉兰木材的
解剖构造;利用木材万能力学试验机，参照现行国家标准对广玉兰木材的力学性质进行了测定和分析。结果表明:
广玉兰木材属于散孔材，管孔为圆形、椭圆形，多数为复管孔;轴向薄壁组织量较多，为傍管类的环管束状，且多数
为全部包围;木射线纺锤形，多为同型多列，偶有异形射线。广玉兰木材基本密度随着树干高度的增加整体上呈下
降趋势，最大基本密度值出现在胸径处，为 0．47 g /cm3。广玉兰木材端面硬度、径面硬度、弦面硬度、顺纹抗压强
度、顺纹抗拉强度、抗弯强度和抗弯弹性模量分别为 4．87 kN、3．84 kN、4．26 kN、35．02 MPa、114．97 MPa、83．30 MPa和
10 500 MPa，为高档用材。
关键词 广玉兰;木材构造;木材物理性质;木材力学性质
分类号 S567．19
Wood Structure，Physical and Mechanical Properties of Magnolia grandiflora L． / /Liu Yanping，Qian Shijiang，Tian
Li(Henan Academy of Forestry，Zhengzhou 450008，P． Ｒ． China);Xia Yubao(The Forestry Bureau of Pingqiao District，
Xinyang of Henan Province)/ / Journal of Northeast Forestry University，2015，43(8) :71－74．
We studied the Magnolia grandiflora L． wood on the anatomical structure and their properties by using the optical mi-
croscope，scanning electronic microscopic and universal mechanical testing machine． The M． grandiflora L． wood is dif-
fuse-porous wood，the vessel is round or oval，and most was complex vessel． There are many longitudinal parenchyma，
which is the paratrachealclass ring pipe bundle，and most are around． Wood ray is homeotype ray． The basic density of M．
grandiflora L． wood is decreased with the stem height increasing，the maximum basic density of 0．47 g /cm3 is in the diam-
eter at breast height． The wood end hardness，diameter surface hardness，the chord surface hardness，the compressive
strength parallel to grain，tensile strength parallel to grain，the bending strength and the elasticity modulus of M． grandiflo-
ra L． wood are 4．87 KN，3．84 KN，4．26 KN，35．02 MPa，114．97 MPa，83．30 MPa and 10 500 MPa，respectively． The M．
grandiflora L． wood belongs to high-grade timber．
Keywords Magnolia grandiflora L．;Wood structure;Physical properties of wood;Mechanical properties of wood
广玉兰(Magnolia grandiflora L．)为常绿乔木，
树姿端庄雄伟、枝繁叶茂、叶大光亮、花期较长且洁
白芳香，耐烟抗风，尤其是对二氧化硫等有毒气体具
有很高的抗性，具有很高的经济观赏价值，多用于城
市绿化、园林景观设计中［1－2］;其树皮含酚性成分，
认为它可作为厚朴的代用品，其叶和花含有芳香油、
木兰花碱等多种化学成分，可制鲜花浸膏，药理实验
表明对正常或麻醉状态下的动物均有缓慢的降压作
用［3－6］;广玉兰生长速度中等，3年后生长逐渐加快，
平均每年高生长 0．5 ～ 0．6 m［7］;同时广玉兰材质优
良，为珍贵用材树种［8］。木材是古老而永恒的家具
原料，对我国家具行业发展具有重要作用［9］。木材
的结构影响木材的性质，也决定了木材的利用方
向［10－12］。作为珍贵用材树种之一的广玉兰，其木材
的结构和性质鲜见报道。本研究对广玉兰木材的微
观结构、显微变异性和木材物理力学性能进行了分
析，以期为广玉兰的家具制造提供理论基础。
1 试验地概况
试验地位于河南信阳浉河区，东经 114°05，北
纬 32°12，呈西南高、东北低的缓倾地形，西部和南
部分别是桐柏山和大别山，东部、北部为淮河冲积形
成的平原，最高海拔 906 m，最低海拔 54 m。该地处
于亚热带向暖温带的过渡地带，年平均降雨量 1 194
mm。年平均气温 15．1 ℃，极端最高气温 40．9 ℃，极
端最低气温零下 20 ℃，无霜期 221 d，相对湿度
76%。沿河平原地表物质为洪积冲积物，地势开阔
平坦，地层深厚，土壤肥沃，地下水资源丰富，宜种多
种农作物。
2 材料与方法
在信阳浉河区某苗圃地取试材 5 株;树龄为 15
a、树高平均为 10．0 m、胸径平均为 20．4 cm、枝下高
平均为 3．73 m;主干明显、冠层密。
先按树干解析法的要求进行标记，采用中央断
面积区分法进行树干解析［13］，区分段长 1．0 m，在每
段中央、梢底及根颈处锯圆盘，并在各圆盘背面编
号。同时将主干剩余木段作好标记，一并取回以
DOI:10.13759/j.cnki.dlxb.20150629.023
备木材构造、基本密度、力学性能等各项材性测定
之用。
木材构造特征的测定:取Ⅱ号圆盘(1．3 m)处的
1 /4作为试材，将其切成 2 cm×2 cm×2 cm(长×宽×
厚)的木块，按文献［14］的方法进行软化处理、切样
和制片，利用光学显微镜观察记载构造特征;并配合
目镜测微尺测定管孔的直径及木射线的宽度、长度
和高度，每一试样测量不少于 30次。
扫描电子显微镜观察:将木材的横切面、径切面
和弦切面三向切片分别置于戊二醛中固定，磷酸缓
冲液清洗，酒精梯度脱水，乙酸异戊脂置换，临界点
干燥，喷金，采用 FEI Quanta 200环境扫描电子显微
镜观察。
基本密度的测定:取解析木的 0、1、2、3、4、5、6、
7号圆盘作为试材，并将其切成一定体积的小块，放
在蒸馏水中浸泡至木块饱和，按序号用湿毛巾覆盖
保持原湿度。利用排水法进行测定，并按下式计算
木材的基本密度:
ρy =mo /Vmax
式中:ρy 为基本密度(g /cm
3) ;mo 为全干材质量
(g) ;Vmax为饱和体积(cm
3)。
木材力学性能的测定:试样经气干处理后，根据
我国现行木材国家标准 GB /T 1929—2009的要求进
行木材物理力学试材锯解及试样截取;广玉兰木材
的各项物理力学性能按国家有关标准 GB /T 1931—
2009、GB /T 1935—2009、GB /T 1936．1—2009、GB /T
1936．2—2009、GB /T 1938—2009 中规定的方法进
行测定。
3 结果与分析
3．1 广玉兰木材构造特征
3．1．1 宏观构造
广玉兰树皮灰褐色，粗糙，树皮厚，约 1．0 cm，易
剥离。髓实心，小，圆形。心材与边材区别不明显，
材质洁白。木材有光泽，无气味，无特殊的滋味。生
长轮明显，轮宽 1．5 ～ 13．0 mm，宽度均匀至不均匀。
散孔材(图 1a)，管孔在肉眼下偶有可见，多数为复
管孔、2～8个管孔连在一起、径列状，偶有管孔团、5～
8个管孔聚成一团。轴向薄壁组织量较多，为傍管
类的环管束状，且多数为全部包围。早材至晚材缓
变。横切面上木射线宽度极细，约为 0．05 mm，肉眼
下不见，中至多。通常木材的纹理直，木材结构细、
均匀，质量、硬度较大。
3．1．2 微观构造
导管为纺锤形和圆柱形，梯状穿孔(图 1b)。横
切面上管孔为圆形、椭圆形(图 1a)，管孔数量多数
为 76 个 /mm2，多数为复管孔、2 ～ 8 个管孔连在一
起，径列状，偶有管孔团，5 ～ 8 个管孔聚成一团。管
孔径向直径为 31 ～ 62 μm，平均为 47 μm;管孔弦向
直径为 33 ～ 67 μm，平均为 45 μm，管孔平均直径为
46 μm，属于直径较小级别。轴向薄壁组织量较多，
为傍管类的环管束状，且多数为全部包围。木纤维
长 845．60 ～ 2 200． 80 μm，平均 1 121． 77 ～ 1 717． 43
μm，属于中等和长级别;宽度为 20．3～35．5 μm，平均
为 26．09～32．04 μm，属于中等宽度级别，按平均值
划归为第三级(26 ～ 32 μm);壁厚为 2．8 ～ 13．3 μm，
平均 6．65 ～ 10．64 μm，按胞腔与壁厚的比例分类则
为“甚薄”的一级。径切面(图 1c)上射线组织多为
同型多列，偶有异形射线，直立或方型细胞 1 ～ 2 列，
通常 1 列，位于射线上下边缘(图 1d)，直立射线细
胞比横卧细胞稍高;直立射线细胞高度为宽度的 1～
2倍，横卧射线细胞的宽度是高度的 2～5倍，木射线
高度为 364～700 μm，平均为 521 μm;木射线宽度为
140～ 252 μm，平均为 190 μm。弦切面上多列射线
数量多，多为 2、3 列(图 1e);单列射线较少。单列
射线有 6～8个细胞左右，高度为 252～280 μm，平均
为 266 μm，宽度为 28～39 μm，平均为 33．6 μm;多列
射线由 26～50个细胞左右，高度为 420～840 μm，平
均为 648 μm，宽度为 61．6～84 μm，平均为 76 μm。
3．2 广玉兰木材基本密度及其变异
木材密度是木材性质的一项重要指标，是判断
木材强度的最佳指标。表 1为广玉兰木材基本密度
的轴向变异模式。可以看出，随着树干高度的增加，
基本密度整体上呈下降趋势，最大基本密度值出现
在胸径 1．3 m处，为 0．47 g /cm3，其基本密度大于同
科的 中 国 鹅 掌 楸 (贵 州，Liriodendron chinense
Sarg．)［15］1308、杂 种 鹅 掌 楸 (南 京，Liriodendron
chinense×L． tulipifera)［16］和香樟(安徽，Cinnamomum
camphora (L．)Presl)［15］1292的基本密度。方差分析
表明，广玉兰木材基本密度的轴向变异差异极显著
(P＜0．01)。
3．3 广玉兰的力学性质
广玉兰木材力学性状测定与统计结果见表 2。
可以看出，各力学性状均值准确指数都小于 5%，因
此认为试验结果较可靠。广玉兰木材端面硬度、径
面硬度和弦面硬度分别为 4．87、3．84、4．26 kN，端面
硬度分别为径面硬度和弦面硬度的 1．27、1．14 倍。
对于木材硬度指标来说，针、阔叶材均是端面硬度比
侧面硬度高［17－18］，本试验也证实了这一点。根据
《木材物理力学性质分级表》(中国林科院木材工业
研究所，1982)，划分木材等级的指标范围(见表 3)。
27 东 北 林 业 大 学 学 报 第 43卷
可知，广玉兰木材端面硬度属中等，顺纹抗压强度、
抗弯强度低，这可能与此次所取样木的树龄有关，样
木树龄均为 15 a，通常树木的幼龄期在 5～20 a，且围
绕髓心呈圆柱体［19］473。据资料介绍，杉木的幼龄期
是 14 a、马尾松的幼龄期是 13 a、长白落叶松和火炬
松的幼龄期都是 15 a［19］474－477，可以推断出 15 年生
的广玉兰仍处于幼龄期或幼龄期至成熟期的过渡阶
段，故其木材力学性能较低。
表 1 广玉兰木材基本密度的轴向变异
取样高度 /m 基本密度 /g·cm－3 取样高度 /m 基本密度 /g·cm－3
0 (0．468±0．008)Aa 2．5 (0．442±0．004)BbC
0．5 (0．457±0．007)AaB 3．5 (0．437±0．008)bC
1．3 (0．471±0．02)Aa 4．5 (0．431±0．01)BbC
1．5 (0．461±0．01)BbC 4．7 (0．422±0．007)BbC
注:表中数据为平均值±标准差;同一列中，a－c表示不同取样高
度基本密度的差异水平(P＜0．05) ，A－C表示不同取样高度基本密度
的差异水平(P＜0．01) ，字母相同表示差异不显著。
图 1 广玉兰木材的微观构造
表 2 广玉兰木材的力学性质
数值类型
硬度 /kN
端面 径面 弦面
顺纹抗压强度 /
MPa
顺纹抗拉强度 /
MPa
抗弯强度 /
MPa
抗弯弹性模量 /
MPa
平均值 4．87 3．84 4．26 35．02 114．97 83．30 10 500．00
标准差 0．32 0．17 0．33 1．45 10．15 6．98 876．75
标准误差 0．09 0．05 0．10 0．59 4．14 3．68 473．55
变异系数 /% 6．56 4．43 7．74 4．13 8．82 8．38 8．35
准确指数 /% 1．84 1．30 2．34 1．68 3．60 4．42 4．51
注:试样样本数 n= 36;各项力学性质指标均调整为含水率 12%时的试验结果。
表 3 木材等级指标范围
木材等级 端面硬度 /kN 顺纹抗压强度 /MPa 抗弯强度 /MPa
很低 ≤2．500 ≤30 ≤55．0
低 2．501～4．000 30．1～45．0 55．1～90．0
中等 4．001～6．500 45．1～60．0 90．1～120．0
高 6．501～10．000 60．1～75．0 120．1～145．0
很高 ＞10．000 ＞75．0 ＞145．0
广玉兰材质优良，为珍贵用材树种。选择与广
玉兰同科的中国鹅掌楸(贵州，Liriodendron chinense
Sarg．)，以及我国不同地区所特有的 4 种珍贵用材
树种 香 樟、红 椿 (云 南，Toona sureni (Bl．)
Merr．)［15］1332、核桃楸 (东北，Juglans mandshurica
Maxim．)［15］1306、黄波椤(东北，Phellodendron amurense
Ｒupr．)［15］1314与广玉兰进行比较(表 4)。从表 4 可
以看出，广玉兰的端面硬度、径面硬度和弦面硬度略
高于中国鹅掌楸和香樟的，却显著高于红椿、核桃楸
和黄波椤的，广玉兰的端面硬度、径面硬度和弦面硬
度分别是中国鹅掌楸的 1．15、1．05、1．07 倍，是香樟
的 1．21、1．09、1．16 倍，是红椿的 1．31、1．51、1．62 倍，
是核桃楸的 1．40、1．38、1．58 倍，是黄波椤的 1．47、
1．61、1．98倍。木材硬度是表征木材抵抗其他刚体
压入木材的能力，通常是木材硬度高者耐磨性大，即
37第 8期 刘艳萍，等:广玉兰木材构造及其物理力学性质
抵抗磨损的能力大;反之，则抵抗磨损的能力小［15］。
实验证明利用广玉兰木材加工的木制品较耐磨。广
玉兰的顺纹抗压强度高于黄波椤的，与红椿、中国鹅
掌楸和核桃楸的相近，略低于的香樟的。与其他珍
贵用材树种相比，广玉兰的顺纹抗拉强度明显高于
香樟和红椿的，分别高出 21．37%和 23．72%，且与中
国鹅掌楸和核桃楸的相近。从木材的抗弯强度来
看，广玉兰木材与中国鹅掌楸、香樟相当，显著高于
红椿、核桃楸和黄波椤的;广玉兰的抗弯弹性模量高
于香樟、红椿和黄波椤的，与中国鹅掌楸和核桃楸木
材的相近。
表 4 广玉兰与其他树种木材力学性质的比较
树 种
端面硬
度 /kN
径面硬
度 /kN
弦面硬
度 /kN
顺纹抗压
强度 /MPa
顺纹抗拉
强度 /MPa
抗弯强
度 /MPa
抗弯弹性
模量 /MPa
综合
评价
广玉兰 4．87 3．84 4．26 35．02 114．97 83．3 10 500 1 535．18
中国鹅掌楸 4．24 3．64 3．97 36．6 115．4 83．4 11 000 1 606．75
香樟 4．02 3．51 3．67 41．0 90．4 82．4 8 200 1 203．57
红椿 3．72 2．54 2．63 35．8 87．7 70．0 9 000 1 314．62
核桃楸 3．49 2．79 2．69 36．7 127．6 76．8 12 000 1 750．01
黄波椤 3．31 2．39 2．15 33．7 — 76．1 9 000 1 519．61
采用加权法［17，20］(其中端面硬度、径面硬度、弦
面硬度、顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度、抗弯强度、抗
弯弹性模量的比重分别为 1 /7)综合评价广玉兰木
材的力学性质和工艺性质优于香樟、红椿，与优良的
家具和室内装饰用材树种中国鹅掌楸和黄波椤等相
似，较核桃楸略差。这可能与此次所取样木的树龄
有关，样木树龄均为 15 a，根据资料可以推断出 15
年生的广玉兰仍处于幼龄期或幼龄期至成熟期的
过渡阶段，故其木材力学性能与核桃楸相比，稍有
逊色。
4 结论
广玉兰木材属于散孔材;材质洁白，有光泽，纹
理直，木材结构细、均匀，质量、硬度较大。横切面上
管孔为圆形、椭圆形，管孔数量为 76 个 /mm2，多数
为复管孔、2～8个管孔连在一起、径列状;径切面上
射线组织多为同型多列，偶有异形射线;弦切面上多
列射线数量多，多为 2、3列，单列射线较少。
广玉兰木材基本密度随着树干高度的增加整体
上呈下降趋势，最大基本密度值出现在胸径 1．3 m
处，为 0．47 g /cm3。
广玉兰木材属于高档用材。木材端面硬度、径
面硬度、弦面硬度、顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度、抗
弯强度和抗弯弹性模量分别为 4．87 kN、3．84 kN、4．26
kN、35． 02 MPa、114． 97 MPa、83． 30 MPa 和 10 500
MPa。采用加权法综合评价得出:广玉兰木材的力
学性质和工艺性质优于香樟、红椿，与优良的家具和
室内装饰用材树种中国鹅掌楸和黄波椤等相似，较
核桃楸略差。
参 考 文 献
［1］ 曹受金．荷花玉兰在园林景观设计中的应用［J］．林业实用技
术，2006(10) :44－45．
［2］ 温红，陈方宏，许振平，等．优良观赏树木广玉兰在邯郸城市绿
化中应用前景探析［J］．河北林业科技，2010(4) :66．
［3］ 王琪，李映丽．荷花玉兰的生药学研究［J］．西北药学杂志，
2001，16(2) :57－59．
［4］ 芦金清，彭信玉，蒋礼成．荷花玉兰树皮的酚性成分研究［J］．中
成药，1990，12(5) :32．
［5］ 陈兴荣，魏春红．荷花玉兰化学成分研究［J］．中药材，2000，23
(3) :159．
［6］ 《全国中草药汇编》编写组．全国中草药汇编:上册［M］．北京:
人民卫生出版社，1975．
［7］ 刘艳萍，杨清淮，周玲，等．广玉兰的生长规律［J］．林业实用技
术，2012(10) :54－55．
［8］ 黎云昆．论我国珍贵用材树种资源的培育［J］．绿色中国，2005
(6) :24－28．
［9］ 吴智慧．中国家具产业的现状与发展趋势［J］．家具，2013，34
(5) :1－4，15．
［10］ 张耀丽，徐永吉，徐柯，等．不同施肥处理对尾叶桉纤维形态的
影响［J］．南京林业大学学报，2000，24(1) :41－44．
［11］ 郭明辉．红松人工林木材解剖特征的径向变异［J］．东北林业
大学学报，2001，29(4) :12－15．
［12］ Ｒobison T L，Mize C W． Specific gravity and fiber length varia-
tion in a European black alder provenance study［J］． Wood and
Fiber Science，1987，19(3) :225－232．
［13］ 孟宪宇．测树学［M］．2版．北京:中国林业出版社，1996．
［14］ 刘艳萍，陈志林，张洋，等．白蜡条木材解剖性质及其变异的研
究［J］．南京林业大学学报，2009，33(4) :125－128．
［15］ 成俊卿．木材学［M］．北京:中国林业出版社，1985．
［16］ 徐朝阳．杂种鹅掌楸材性研究［D］．南京:南京林业大学，2004．
［17］ 江香梅，肖复明，龚斌，等．闽楠天然林与人工林木材物理力学
性质研究［J］．林业科学研究，2008，21(6) :862－866．
［18］ 石雷，孙庆丰，邓疆．引进树种印度黄檀木材解剖构造及物理
力学性质的初步研究［J］．林业科学研究，2008，21(3) :335－
339．
［19］ 鲍甫成，江泽慧．中国主要人工林树种木材性质［M］．北京:中
国林业出版社，1998．
［20］ 李晓清，唐森强，隆世良，等．桢楠木材的物理力学性质［J］．东
北林业大学学报，2013，41(2) :77－79．
47 东 北 林 业 大 学 学 报 第 43卷